基于颗粒流模型的TBM滚刀破岩过程细观特征规律研究

发布时间：2020-07-05 06:58

【摘要】：随着经济发展,青岛的交通问题日趋严峻,修建地铁已成为青岛市今后发展公共交通的重点。青岛地铁2号线掘进过程中所穿越地层总体以花岗岩基岩的中风化带和微风化带为主,地铁隧道埋深经常会有上软下硬的岩石组合类型,力学性质差异较大,在隧道开挖掘进的过程中容易出现开挖不均等现象。滚刀作为TBM刀盘上的核心部件直接与岩石发生作用,深入了解盘形滚刀破岩的机理,是实现TBM高效、安全掘进的基础,也是关键所在。研究盘形滚刀破岩的机理、规律,分析破岩过程中滚刀的受力变化,可以有效的了解和预测TBM的掘进效率;同时也有助于分析TBM在软、硬岩中掘进的差异性,这对实际工程而言有重要的指导意义。本文结合青岛地铁2号线的勘查资料和施工记录,用颗粒离散元方法对TBM盘形滚刀在软、硬岩中的破岩机理展开探讨分析。主要完成了以下工作:(1)复杂岩体的力学参数选择是一个值得深入研究的问题。Hoek-Brown准则较全面地反映了岩体的结构特征对岩体强度的影响,并可以室内岩石力学试验为基准,考虑岩体中节理裂隙,将岩石力学参数换算成岩体力学参数。本文依据青岛地铁2号线中室内实验得到的岩石力学参数,尝试用岩体波速特征求解地质强度指标GSI和岩体Hoek-Brown强度准则参数。用RockLab软件结合已求得的岩体Hoek-Brown表达式,求解出岩体单轴抗压强度、弹性模量等力学参数;(2)TBM隧道掘进施工时,在机械状况相同地质条件一致的情况下,掘进参数是影响掘进速度的主要因素。本文结合青岛地铁2号线施工监测资料,在确定围岩质量相同、刀盘转速一致的前提下,分别对做滚刀切向、法向推力对滚刀贯入度的线性回归分析,通过比较相关系数的大小来比较滚刀切向、法向推力对滚刀贯入度的影响程度。讨论建立滚刀破岩过程简化分析模型的可行性;(3)结合第四章研究得到的简化模型,利用PFC~(3D)软件建立单把正滚刀破岩过程的颗粒流数值分析模型,并结合第三章分析结果计算PFC~(3D)中细微观参数的取值。通过模拟中风化、微风化花岗岩中不同滚刀贯入速度下滚刀的破岩规律,进而分析:a、破岩过程模型中裂纹扩展规律;b、不同围岩性质下破岩速度、滚刀受力等规律;c、不同贯入速度下破岩速度、滚刀受力等规律。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.4

【参考文献】

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6 杨圣奇;黄彦华;;TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟[J];煤炭学报;2015年06期

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9 朱合华;张琦;章连洋;;Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述[J];岩石力学与工程学报;2013年10期

10 夏开宗;陈从新;刘秀敏;郑允;周意超;;基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用[J];岩石力学与工程学报;2013年07期

本文编号：2742260